黑龙江垦区农机作业GPS导航自动驾驶技术应用

０ 引言
我 国是 农 业 大 国 ， 业 事 关 国计 民 生 和 国 家 安 农 全 ， 国 民经 济 中 占有 很 重 要 的 地 位 。黑 龙 江 垦 区现 在 有 土地 总 面 积 ５ ７ ．６万 ｋ 土地 利用 以耕 地 和林 地 为 ｍ，
・
驶 人 员 的工 作 负荷 口 。 Ｊ 综 上 所述 ， 展针 对 农业 机 械 Ｇ Ｓ导 航 自动 驾 驶 开 Ｐ 技 术 的研 究 及 推广 应 用 是 非 常 有 必 要 的 ， 黑 龙 江 垦 对 区现 代农 业 的发展 也 是 十分 有 意义 的 。
（ ０—１ ０ ５ ０ ｍｍ） 。
（ ｏ ｒｄ ｐ ｎ ） 地 面控制站 负 责收集 由卫星 传 回 Ｃ ｌ ａｏ ｒ ｇ ； ｏ Ｓｉ
的信息 ， 并计算卫 星星历 、 相对距 离 和大气校正 等数 据； 使用者接收器现 有单频 与双频 两种 ， 由于价格 因 素一般使用者所购买的多为单频接收器 。
来发展势头也 日益旺盛 ， 其结果 是用户在农 业生产 中 越来越依赖于少数几台较大功率 的拖拉机 ， 因此人们 迫切要求能够最 大限度地 提高这些 拖拉机 的工 作效 能。而 Ｇ Ｓ导航 自动驾驶 技术 的使 用不仅可 以保证 Ｐ
精 确 的作 业行 距 和 作 业 方 向 ， 且 可 以 长 时 间 作 业 无 并 需 常规 标 记 ， 降 低 人 工 技 术 需 求 的 同 时 ， 高 了 作 在 提
２ １ 年 ９月 ０ １
农 机 化 研 究
第 ９期
黑 龙 江 垦 区 农 机 作 业 ＧＰ 导 航 自 动 驾 驶 技 术 应 用 Ｓ
于 占宝 ，王 熙
（ 龙 江 八 一农 垦大 学 工 程 学 院 ，黑 龙 江 大 庆 １ ３ １ ） 黑 ６ ３ ９ 摘 要 ： 介 绍 了 Ｇ Ｓ技 术 以及 Ｇ Ｓ导 航 自动 驾 驶 系 统 在 黑龙 江 垦 区应 用情 况 ； 析 了农 机 作 业卫 星导 航 自动 驾 Ｐ Ｐ 分
２１ ０ １年 ９月
农 机 化 研 究
第 ９期
星。这种注入对每颗 Ｇ Ｓ卫星每天一次 ， Ｐ 并在卫星离
开注 入 站 作 用 范 围 之 前 进 行 最 后 的 注 入 。如 果 某 地
过 的地点 ， 或者定义一定 的路线选择逻 辑 （ 如不允 许 经过高速公路 、 按照行驶路线最短的原则等 ） 推荐 的 ； 路线将 以醒 目的方式显示在屏幕地图 中， 同时屏幕 上 即时显示 出车辆 的当前位置 ， 以作为参照。如果行驶
＠ １ ３． ｏ ６ ｅ ｍ
地面控制部分 由一个 主控站 ， 全球监测 站和 ５个 ３ 个地面控制站组成 。监测站均配装有精密 的铯钟和 能够连续测 量到所 有可见 卫星 的接 受机 。监测 站将
取 得 的卫 星 观 测 数 据 （ 括 电 离层 和 气 象 数 据 ） 过 包 经
初步处理后 ， 传送到主控站。主控站从各监测站收集 跟踪数据 ， 计算 出卫星 的轨 道和 时钟 参数 ， 然后 将结 果送到 ３ 地 面控 制站 。地 面控 制站在 每颗卫 星运 个 行至上空时 ， 把这些导航数据及主控站指令注入到卫
过 程 中车 辆偏 离 了推 荐 的 路 线 ， 系统 会 自动 更 改 原 有
面站发 生故障 ， 那么在卫星中预存 的导航 信息还可用
一
段时间 ， 但导航精度会逐渐降低 。
用户设备部分即 Ｇ Ｓ Ｐ 信号接收机 ， 其主要功能是
能够捕获到按一定卫星截止角所选择 的待测卫星 ， 并
跟 踪 这些 卫 星 的运 行 。 当 接 收 机 捕 获 到 跟 踪 的卫 星
主， 其中耕地为 ２６万 ｈ ， ０ ｍ 多 林地为 ８ 万 ｈ 草原 ７ ｍ，
为 ３． ６ ６万 ｈ 水 面 为 ２ ． ｍ ， ７ ４万 ｈ 垦 区位 居 世 界 ｍ。
１ ＧＰ 自动导 航技术 Ｓ
１ １ ＧＰ ． Ｓ
仅有 的三 大 黑 土带 之 一 ， 土 和 草 甸 土 占耕 地 面 积 的 黑
１ ２ 自动 导 航技术 ． ，
加 拿 大 Ｈ ｍｓｈｒ 司 的 Ｏ ｔａｋＳ 自动 驾 驶 ｅ ｉ ｅｅ公 ｐ ｕｂｃ ３
自 导航系统的用途是 由车载 Ｇ Ｓ 全球卫星定 动 Ｐ（ 位系统） 接收机监测 车辆 当前位置 ， 并将 数据跟用户 自定义的 目的地 比较 ， 参照 电子地 图计 算行驶 路线 ， 实时将信息提供给驾车者 。 目前 ， 世界上应用较为广 泛 的 自主导航是使用车载导航设备 自带 电子地 图、 定 位和导航功能全部 由车载设备来完成。 １２ １ 定义 目 ．． 标数据信息 车主可以在 系统显示 的电子地 图上 直接选取 目 标地点 ， 或将 目的地名称输入到 系统 中。根据输入设 备 的不同有不 同的地名输入方法 ， 靠键盘或触 摸屏 依 可实现几 乎全部的操纵 功能。为 了便利 ， 人们正在加 紧开 发应 用 语 音识 别 技 术 的产 品 。
５ ％ ， 势 平 坦 ， 质 肥 沃 ， 壤 有 机 质 含 量 平 均 在 ０ 地 土 土
全球 定 位 系 统 Ｇ Ｓ（ ｌ ａ Ｐ ｓｉｎｎ ｙｔ 是 Ｐ Ｇｏ ｌ ｏｉｏｉｇＳｓ ｍ） ｂ ｔ ｅ ２ ０世 纪 ７ ０年 代 由美 国陆海 空 三 军联 合 研 制 的新 一 代
３ 一 ％之间 ， ％ ５ 有的地 区高达 １ ％以上 。但人均耕地 ０ 的水平并不能很好地满足人 民的 日常生活需要 ， 因此 增加产量和提高效 益是 当前 垦 区农 业生产 研究 的基 本 目标 ， 现代农业生产走 向大农业 和机械化道路也就 显得非常重要 ¨ 。随着农业劳动生产率不断提 高 ， Ｊ 农
品粮基地建设 。从 ２０ ０ ２年 开始 ， 黑龙江农 垦总 局 陆 续从 国外购置一批大型先进 的农业 机械 ， 推进现代化
大农 机 建 设 步 伐 ， 别 引 进 了 美 国 约 翰 迪 尔 （ｏｎ 分 Ｊｈ Ｄ ｅｅ 公 司 、 国天 宝 （ ｒ ｂｅ 公 司 和 加 拿 大 Ｈｅ ． ｅｒ） 美 Ｔｉ ｌ） ｍ ｍｉ
ｎ ） 组成 。主控制 站位 于美 国科 罗拉 多州 春 田市 ａ所
ｓ ｅ 公 司的农 机作业 Ｇ Ｓ ｐ ｒ ｈｅ Ｐ 导航 自动驾驶 系统 。 美 国 Ｔｉｂ 公司的 Ａ ｔ ｉ ｔ ｒ ｌ ｍ ｅ ｕ ｐ ｏ 自动驾驶 系统 由中 ｏｌ 文彩色显示器 （ 内置一体化 Ｇ Ｓ Ｐ 接收机） Ｇ Ｓ 、 Ｐ 卫星天 线 、 向传感器和液压控制组件等组成 ， 方 作业精度是４ －
ｍ ｍ Ｏ
２０ ０ ５年 ， 龙 江 垦 区 八 五 二 农 场 引 进 了 美 国 黑 ＣＳ Ａ Ｅ公 司 ３ ２ ８ ｋ 大 型 拖 拉 机 ， 拖 拉 机 上 都 安 ７ ．５Ｗ 该
装了 ＧＳ Ｐ 导航 电液控 制的 自动 驾驶设备 ， 依靠 Ｄ Ｐ ＧＳ 设备对拖拉机进行 自动导 航驾驶 。由于该 系统使 用
路线 ， 并以车辆 当前点 为 出发 点重新计算 最佳路 线 ， 将修正后 的路线作为新的推荐路线 。
信号后 ， 就可测量 出接收天线至卫星的伪 距离和距 离 的变化率 ， 解调 出卫星轨道参数等数据。根据这些数
２ 垦区 自动导航 驾驶 系统应 用情况
黑龙江垦区大力 发展 现代化 大农业 ， 加快提升商
了 Ｒ Ｋ载波相位差 分方式 ， 以将 Ｇ Ｓ 位精度 提 Ｔ 可 Ｐ定 高到± ． ｃ 从 而满足拖拉机 Ｇ Ｓ导航 自动驾驶 精 ２ ５ｍ， Ｐ
度 要求 。 ２０ ０ ９年 ， 黑龙 江农 垦建 三 江分 局 胜 利 农 场 购 进 了
６台凯斯 １５ ９ 拖拉机 ， 全部安装 了美 国 Ｔｉｂｅ 司生 ｒ ｌ公 ｍ
用拖 拉 机 向着 大 型 化 的 方 向发 展 ， 种趋 势 在 西 欧 和 这 北美 表 现 得 尤其 明显 。在 我 国新 疆 和 东 北 地 区 ， 年 近
空间卫星导航定位系统 ， 主要 目的是 为陆海空三大 其 领域提供实 时、 全天候 和全球 性 的导 航服务 ， 并用 于
情报收集 、 核爆 监测 和应急通讯 等一些 军事 目的 ， 是
１ ２ ２ 显 示 电子地 图 ．．
系统 由 Ａ ２ ２ ０双频 Ｇ Ｓ接收器 、 ｕ ａｋｓ Ｐ Ｏ ｔ ｃ ３农用 导航 ｂ
仪和 ｅ ｒ ｅＣ 自动 驾驶 仪等 组成 ， Ｄｉ Ｔ ｖ 主要 差 分模 式 为
Ｏ ｎ Ｔ Ｒ Ｈ ／ Ｐ 和 Ｓ Ａ ／ Ｇ Ｓ 行 间精 度 是 １０ ｍ ｉ Ａ ＰＸ Ｓ Ｂ ＳＤ Ｐ ， ０
驶 系统 的组 成 和 工 作 原 理 。根 据 黑 龙 江 垦 区农 业 特 点 ， 点 阐述 了 自动 驾 驶 技 术 在 垦 区 的 作 用 及 其 优 点 ， 综 重 并
合 所 收 集 的信 息 ， 析 了 Ｇ Ｓ导航 自动 驾 驶 技 术 在 国 内存 在 的不 足 。 分 Ｐ 关键词 ：农 机作 业 ， 自动驾驶技术 ；全 球定位系统 中图分类号 ：￥ ．２；Ｐ ７ ２ Ｔ ２３ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ — ８ Ｘ（ ０ １ ０ — ２ ８ ０ ０ ３ １ ８ ２ １ ９ ０ ０ — ４ ｌ
度角 ｌ。 ５ 以上 平 均 可 同时 观测 到 ６颗 卫 星 ， 多可 达 ９ 最
颗 卫 星 。
业精度 以及提高了工作效率 。此外 ， 还可减少重复作
业， 加快作业进 度 ， 约 时间 ， 而 降低 成本 ， 轻驾 节 从 减
收稿 日期 ：２ １ — ８ ０ ０００—６ 基金项 目：黑龙江 省重 大科 技 攻关 项 目（ Ｂ ６ ６ １ ； Ｇ ０ Ｂ ０ ） 国家 高技 术研 究发展计 划 （ ６ ８ ３计 划 ） 目（ ０ ６ １ Ａ３０）； 龙 江省 项 ２ ０ ＡＡ ０ １ 黑 教育厅振 兴老工业 基地重 大科 技项 目（ １ Ｚ １ ） 黑龙 １５ Ｄ ３ ； １ Ｇ 江省科技 计划项 目（ Ｂ ８ ０ ９ Ｎ０Ｂ １） 作者简 介 ：于 占宝 （ ９ ４ ） 男 ， 龙 江 富 锦 人 ， 士研 究 生 ， Ｅ １８ 一 ， 黑 硕 （ — ｍａ ） ｕｈｎ ａ２ ０ ＠１ ３ ｅｍ。 ｉ ｙｚａｂｏ ０ ５ ６ ．ｏ ｌ 通讯作 者 ：王 熙 （ ９ ２ ） 男 ， １６ 一 ， 山西 新绛人 ， 授 ， Ｅ ｍ ｉ ｎｗ ｎ ｘ 教 （ － ａ ）ｄ ａｇ ｌ ｉ
产 的 Ａ ｔ ｉｔ自主导 航 系 统 ， 械 作 业 精 度 单 点 定 位 ｕｏ ｌ ｐｏ 机
据， 接收机中的微处理计算 机就可按定位解算方法进
行定位计算 ， 算 出用 户所在地理 位置 的经纬度 、 计 高 度பைடு நூலகம் 速度和时间等信息 。
地 面控 制 系统 由监 测 站 （ ｏｉｒＳａｉ ） 主控 制 Ｍ ｎｔ ｔｔｎ 、 ｏ ｏ 站 （ ｓ ｒＭ ｎｔｒ ｔｉｎ 和 地 面天 线 （ ｒｕ ｄＡ ｔｎ Ｍａｔ ｏｉ ａｏ ） ｅ ｏＳｔ Ｇｏｎ ｎｅ－
美 国独霸全球 战略 的重要 组成 ， 经过 ２ ０年多 的研 究 实验 ， 耗资 ３０亿美元 。到 １９ ０ ９ ４年 ３月 ， 全球覆 盖率
高达 ９ ％的 ２ ８ ４颗 Ｇ Ｓ卫 星 已经布 设 完成 ＿ 。 Ｐ ３ Ｊ Ｇ Ｓ系统 由空 间 卫 星 星 座 、 面 控 制 系 统 、 户 Ｐ 地 用
接收机系统等 ３部分组成 。其卫星星座部分 由 ２ 颗 ｌ 工作卫星和 ３颗 备用卫 星组成 ， 卫星 有 ６个 轨道面 ，
高度 ２ ０ ｍ， ０ ０ ｋ 轨道倾角 ５ 。卫 星运行周期 １．７ ， ２ ５， １９ ｈ
载波频率 为 ｌ ７ ．２ Ｈ 和 ｌ ２ ．０ Ｈ 。卫星通过 ５４ Ｍ ｚ ７６Ｍ ｚ ５ ２ 天顶时 ， 其可见时间为 ５ ， ｈ 在地球表 面任何 时刻 ， 在高